JP2013165637A - Switch mode power supply module, and hiccup control method associated therewith - Google Patents

Switch mode power supply module, and hiccup control method associated therewith Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for controlling a switching operation in a switch mode power supply module intended for supplying power to an item of equipment via two conductors.SOLUTION: The method for controlling a switching operation in a switch mode power supply module comprises the steps of measuring a load current in the switch mode power supply, comparing the measured load current with a predefined load current threshold, and cyclically interrupting the switching operation if the measured load current is less than the predefined load current threshold.

Description

本発明は、スイッチモード電源モジュールの分野に関し、より具体的には集積電源に関する。   The present invention relates to the field of switch mode power supply modules, and more specifically to integrated power supplies.

伝統的に、外部電源モジュールが使用されるとき（一般的に、ＤＣパック又はＤＣ電力ブロックと呼ばれる）、最も低い電力消費に対応する動作モードは、負荷との接続が切断されたとき（負荷切断時、スイッチが開位置にあるとき）に実行される。外部電源モジュールが幹線（配電線）に接続されているとき、残留消費が残ることになる。   Traditionally, when an external power module is used (commonly referred to as a DC pack or DC power block), the mode of operation corresponding to the lowest power consumption is when the connection to the load is disconnected (load disconnection). Executed when the switch is in the open position). When the external power supply module is connected to the main line (distribution line), residual consumption remains.

今日の電子機器の商業化は、電力消費指令への準拠を必要とする。   Today's commercialization of electronic devices requires compliance with the Power Consumption Directive.

斯くして欧州においては、ＥＣ／２７８／２００９指令により、５１Ｗ未満の定格電力を供給する電源に対して、０．３Ｗ未満の電力消費レベルが要求されている。   Thus, in Europe, the EC / 278/2009 directive requires a power consumption level of less than 0.3 W for a power supply that supplies a rated power of less than 51 W.

理論的には、ＰＦＭ（パルス周波数変調）モードを用いる電源は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を用いることにより、１００ｍＷ未満の電力消費を達成することができるはずである。しかし、従来、無負荷での残留消費は１５０ｍＷ程度となっている。   Theoretically, a power supply using the PFM (pulse frequency modulation) mode should be able to achieve power consumption of less than 100 mW by using an application specific integrated circuit (ASIC). However, conventionally, the residual consumption with no load is about 150 mW.

この平均的な残留消費を更に低減すること、とりわけ、例えばＣＯＣ（Code of Conduct）又はＥＵＰ（Energy Using Product）などの国際レベルでの指令一式の制約を満足することが必要である。   It is necessary to further reduce this average residual consumption, in particular to satisfy the constraints of the set of directives at the international level, for example COC (Code of Conduct) or EUP (Energy Using Product).

「Power supply with low power consumption Hiccup stand-by operation（低電力消費のヒカップスタンバイ動作を有する電源）」なるタイトルで公開された特許文献１は、ヒカップ動作を用いるスイッチモード電源を開示している。ヒカップ動作は、負荷の不存在時に、残留電力消費を制限するために、或る一定時間だけスイッチング動作を中断させ、その後に再び開始させることを意味する。しかしながら、負荷の不存在の検出が自律的でなく、また、スイッチング動作は、そのスイッチモード電源に接続された被電力供給装置によって生成される制御信号を用いて制御されている。   Patent Document 1 published under the title “Power supply with low power consumption Hiccup stand-by operation” discloses a switch mode power supply using a hiccup operation. Hiccup operation means that in the absence of a load, the switching operation is interrupted for a certain period of time in order to limit the residual power consumption and then restarted. However, the detection of the absence of load is not autonomous, and the switching operation is controlled using a control signal generated by the power-supplied device connected to the switch mode power supply.

このソリューションは、無負荷モードを制御するための、被電力供給装置上の組み込み知能と、電源モジュールと被電力供給装置との間の導電体又は電流変調若しくは電圧変調による伝達モードと、を必要とするという欠点を有する。   This solution requires built-in intelligence on the powered device to control the no-load mode and a conduction mode between the power module and the powered device or a transfer mode with current modulation or voltage modulation. Has the disadvantage of

米国特許出願公開第２０１１／０１０３１０３号明細書US Patent Application Publication No. 2011/0103103 Specification

本発明は、スイッチング動作の間欠的な中断を用いて無負荷モードにおける入力及び出力を自動的且つ自律的に可能にすることにより、また、被電力供給装置からの制御（信号又はメッセージ）に頼ることなく低残留電力を許可することにより、従来技術の欠点のうちの少なくとも１つを解消することを可能にする。   The present invention automatically and autonomously enables input and output in no-load mode using intermittent interruption of the switching operation and also relies on control (signal or message) from the powered device. Allowing low residual power without it makes it possible to eliminate at least one of the disadvantages of the prior art.

より具体的には、本発明は、２つの導電体を介して装置要素に電力を供給するよう意図されたスイッチモード電源モジュールにおけるスイッチング動作を制御する方法に関する。当該方法は、スイッチモード電源内の測定モジュールにより負荷電流を測定するステップと、測定された負荷電流を、比較器モジュールにより、所定の負荷電流閾値と比較するステップと、測定された負荷電流が第１の期間にわたって前記所定の負荷電流閾値より小さい場合に、負荷電流の測定値が第２の期間にわたって前記所定の負荷電流閾値より大きくなるまで、コントローラ回路により、スイッチモード電源モジュールのスイッチング動作を、スイッチング動作の反復的なアクティブ化及び非アクティブ化によって制御するステップとを有する。   More specifically, the present invention relates to a method for controlling the switching operation in a switch mode power supply module intended to supply power to device elements via two conductors. The method includes measuring a load current with a measurement module in a switch mode power supply, comparing the measured load current with a predetermined load current threshold with a comparator module, and measuring the load current. The switching operation of the switch mode power supply module is performed by the controller circuit until the measured value of the load current is larger than the predetermined load current threshold over the second period when the load current is smaller than the predetermined load current threshold over the period of one. Controlling by repetitive activation and deactivation of the switching operation.

本発明の一実施形態によれば、第１の期間はアンチトランジェントフィルタの時定数によって定められる。   According to an embodiment of the present invention, the first period is determined by the time constant of the anti-transient filter.

本発明の一実施形態によれば、第２の期間は電源のフィルタ回路の時定数によって定められる。   According to an embodiment of the present invention, the second period is determined by the time constant of the power supply filter circuit.

一変形例によれば、第２の期間は電源の二次側に固有のバルクキャパシタの時定数によって定められる。   According to a variant, the second period is determined by the time constant of the bulk capacitor inherent on the secondary side of the power supply.

本発明の一実施形態によれば、負荷電流を測定するステップは、スイッチモード電源モジュールの二次側巻線の端子における平均整流電圧に比例した電圧を生成することを有する。   According to an embodiment of the present invention, the step of measuring the load current comprises generating a voltage proportional to the average rectified voltage at the terminal of the secondary winding of the switch mode power supply module.

本発明はまた、２つの導電体を介して装置要素に電力を供給するよう意図されたスイッチモード電源モジュールにおけるスイッチング動作を制御する装置に関する。当該装置は、負荷電流を測定する回路と、測定された負荷電流を所定の負荷電流閾値と比較する回路と、スイッチング動作を制御する回路であり、測定された負荷電流が第１の期間にわたって前記所定の負荷電流閾値より小さい場合に、スイッチング動作を周期的に中断し、測定された負荷電流が第２の期間にわたって前記所定の負荷電流閾値より大きい場合に、スイッチング動作を維持する、回路とを有する。   The invention also relates to a device for controlling the switching operation in a switch mode power supply module intended to supply power to the device element via two conductors. The apparatus includes a circuit for measuring a load current, a circuit for comparing the measured load current with a predetermined load current threshold, and a circuit for controlling a switching operation, wherein the measured load current is over the first period. A circuit that periodically interrupts the switching operation when less than a predetermined load current threshold and maintains the switching operation when the measured load current is greater than the predetermined load current threshold over a second time period; Have.

本発明の一実施形態によれば、第１の期間は当該装置のアンチトランジェントフィルタの時定数によって定められる。   According to one embodiment of the invention, the first period is determined by the time constant of the anti-transient filter of the device.

本発明の一実施形態によれば、第２の期間はスイッチモード電源のフィルタ回路の時定数によって定められる。   According to an embodiment of the present invention, the second period is determined by the time constant of the filter circuit of the switch mode power supply.

一変形例によれば、第２の期間は電源の二次側に固有のバルクキャパシタの時定数によって定められる。   According to a variant, the second period is determined by the time constant of the bulk capacitor inherent on the secondary side of the power supply.

本発明の一実施形態によれば、負荷電流を測定する回路は、スイッチモード電源モジュールの二次側巻線の端子における平均整流電圧に比例した電圧を生成する回路を有する。   According to one embodiment of the present invention, the circuit for measuring the load current includes a circuit that generates a voltage proportional to the average rectified voltage at the terminal of the secondary winding of the switch mode power supply module.

添付図面を参照する以下の詳細な説明を読むことにより、本発明は十分に理解され、その他の具体的な特徴及び利点が明らかになる。
装置の別個の要素に電力を供給するスイッチモード電源を示す図である。 図１に示したスイッチモード電源のアーキテクチャを示す図である。 負荷電流を測定する回路を有しないスイッチモード電源の二次側部分を示す図である。 本発明の一実施形態に従った負荷電流を測定する自律回路を有するスイッチモード電源の二次側部分を示す図である。 本発明の実施形態の一変形例に従った負荷電流を測定する自律回路を有するスイッチモード電源の二次側部分を示す図である。 電源モジュールのスイッチング動作を制御する方法を示す機能図である。 The invention will be fully understood and other specific features and advantages will become apparent upon reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
FIG. 2 shows a switch mode power supply that supplies power to separate elements of the device. It is a figure which shows the architecture of the switch mode power supply shown in FIG. It is a figure which shows the secondary side part of the switch mode power supply which does not have the circuit which measures load current. FIG. 3 is a diagram illustrating a secondary portion of a switch mode power supply having an autonomous circuit that measures load current according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the secondary side part of the switch mode power supply which has the autonomous circuit which measures the load current according to the modification of embodiment of this invention. It is a functional diagram which shows the method of controlling the switching operation of a power supply module.

図１−５に示すモジュールは機能的なユニットであり、物理的に区別可能なユニットに相当することもあるし、相当しないこともある。例えば、これらのモジュール又はそれらの一部は、単一の部品内に一緒にまとめられてもよいし、あるいは同じソフトウェアの複数の機能を構成してもよい。対照的に、他の実施形態によれば、一部のモジュールは別々の物理的実体で構成され得る。   The module shown in FIG. 1-5 is a functional unit, and may or may not correspond to a physically distinguishable unit. For example, these modules or parts thereof may be grouped together in a single part, or may constitute multiple functions of the same software. In contrast, according to other embodiments, some modules may be composed of separate physical entities.

本明細書において、“スイッチング動作を周期的に中断する”又は“スイッチング動作を更に中断する”なる表現は、パルス幅変調（ＰＷＭ）モードでのスイッチング制御の２つの連続パルス間の時間（ＰＷＭのパルスの周波数が低いときの２つの連続パルス間の時間）のインターバルに関連付けられるべきでない。また、これは、非常に低い負荷電流の場合に、従来技術において既に知られているように一部のパルスが除去されるときの時間のインターバルとして解釈されるべきでない。   In the present specification, the expression “interrupting the switching operation periodically” or “interrupting the switching operation further” means the time between two successive pulses of the switching control in the pulse width modulation (PWM) mode (PWM Should not be related to the interval of the time between two consecutive pulses when the frequency of the pulses is low. Also, this should not be interpreted as a time interval when some pulses are removed, as is already known in the prior art, for very low load currents.

“スイッチングを中断する”なる表現は、スイッチング制御パルスが生成されず、且つパルス生成に使用される回路がそうするように制御される状態に相当する。   The expression “interrupting switching” corresponds to a state in which the switching control pulse is not generated and the circuit used for pulse generation is controlled to do so.

図１は、本発明の一実施形態に係るスイッチモード電源モジュール１によって電力供給される電気的あるいは電子的な装置２の一例を示している。スイッチモード電源モジュール１は、幹線コード３の中継を介して、“幹線”とも呼ぶ電気ネットワークに接続される。被電力供給装置２の適正動作に必要な電圧が、電源モジュール１によって、電源コード４の中継を介して供給される。電源コード４は２本の導電体を有する。被電力供給装置２によって消費される電流である負荷電流の測定が、スイッチモード電源モジュール１の内部で実行される。従って、１つの動作モードから別の動作モードに移るために制御信号又はメッセージを使用することは必要でなく、スイッチモード電源モジュール１は自律的であり、且つ被電力供給装置２の測定消費電力に基づく。   FIG. 1 shows an example of an electrical or electronic device 2 powered by a switch mode power supply module 1 according to an embodiment of the present invention. The switch mode power supply module 1 is connected to an electric network, also called “main line”, via a trunk line 3 relay. The voltage necessary for the proper operation of the power supply device 2 is supplied by the power supply module 1 via the power cord 4. The power cord 4 has two conductors. Measurement of a load current, which is a current consumed by the power supplied device 2, is executed inside the switch mode power supply module 1. Therefore, it is not necessary to use a control signal or message to move from one operation mode to another operation mode, the switch mode power supply module 1 is autonomous, and the measured power consumption of the power supplied device 2 is Based.

図２は、本発明の一実施形態に係る図１に示したスイッチモード電源モジュール１のアーキテクチャを示す簡略ブロック図である。この電源モジュールのアーキテクチャは、本発明の一実施形態に従って負荷電流を測定してスイッチング動作を制御する回路１０００が取り付けられる標準的なスイッチモード電源アーキテクチャに相当するものである。負荷電流を測定して動作を制御する回路１０００は、出力電流測定モジュール１０７と、電流基準モジュール１０９と、比較器モジュール１１０と、アンチトランジェントフィルタモジュール１１１と、デューティサイクル発生器モジュール１１２と、のアセンブリに相当する。幹線コード、又は幹線接続に適応された（例えば、壁コンセントに適合する）コネクタを、相（フェイズ）線用及び中性線用の２つの接続点を有するコネクタ１００に取り外し可能あるいは固定的に接続することにより、幹線電圧がスイッチモード電源モジュール１に供給される。幹線電圧は、ヒューズと電磁互換フィルタとを有する保護・フィルタモジュール１０１に伝送される。モジュール１０１はまた、雷・過電圧保護のための手段を有する。そして、保護・フィルタモジュール１０１からのフィルタリングされた電圧は、幹線整流モジュール１０２によって整流され、モジュール１０３の一次側バルクキャパシタを充電状態に維持する。補助電源モジュール１１８が、スイッチング動作を担うＰＷＭ（パルス幅変調）制御回路１１６に電力が供給されることを可能にする。このモジュールはまた、低負荷及び無負荷での電力消費を低減するＰＦＭモードを管理する。一次キャパシタンスモジュール１０３で利用可能な整流され且つフィルタリングされた幹線電圧はまた、電力スイッチモジュール１１７のイネーブル状態に従って、変圧器モジュール１０４が有する変圧器の一次側にも与えられる。変圧器モジュール１０４の変圧器は、スイッチング動作制御モジュール１１６及び電力スイッチモジュール１１７によって誘導される複数のスイッチング動作モードに従って、二次側巻線の端子に二次側電圧を届ける。この二次側電圧は、整流モジュール１０５、フィルタモジュール１０６によって、それぞれ、整流され、フィルタリングされる。斯くして整流された電圧が、出力電圧が２点式電源コードコネクタ１０８にて利用可能にされる負荷電流測定モジュール１０７に与えられる。電源コードコネクタ１０８には電源コード４の一端が接続され、電源コード４の他端は被電力供給装置２に接続される。届けられる電圧のサーボ制御に必要なフィードバックループが、フィードバックモジュール１１３と、電流基準モジュール１０９と、誤差増幅器１１４と、光カプラ１１５とによって構成される。基準モジュール１０９はサーボシステムの設定点に相当する。誤差増幅モジュール１１４は、モジュール１１３によって届けられる電圧とモジュール１０９によって届けられる電圧とを比較することから得られる誤差に比例した信号を、光カプラモジュール１１５の入力に届ける。光カプラモジュール１１５は、電源の一次側部分と二次側部分との間に必要な電気的な分離（アイソレーション）を確保する。光カプラの出力はＰＷＭ制御回路１１６に接続され、ＰＷＭ制御回路１１６が、電力スイッチモジュール１１７を介してスイッチング動作を制御する。光カプラ１１５は、故に、電気アイソレーションを保証しながら、制御回路１１６へのサーボ情報の伝送を可能にする。   FIG. 2 is a simplified block diagram illustrating the architecture of the switch mode power supply module 1 shown in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention. This power supply module architecture corresponds to a standard switch mode power supply architecture in which a circuit 1000 is mounted that measures load current and controls the switching operation according to one embodiment of the present invention. The circuit 1000 for measuring the load current and controlling the operation includes an assembly of an output current measurement module 107, a current reference module 109, a comparator module 110, an anti-transient filter module 111, and a duty cycle generator module 112. It corresponds to. A mains cord, or a connector adapted for mainline connection (for example, suitable for a wall outlet) is detachable or fixedly connected to a connector 100 having two connection points for a phase line and a neutral line As a result, the main line voltage is supplied to the switch mode power supply module 1. The main line voltage is transmitted to the protection / filter module 101 having a fuse and an electromagnetic compatible filter. Module 101 also has means for lightning / overvoltage protection. Then, the filtered voltage from the protection / filter module 101 is rectified by the main line rectification module 102 to maintain the primary bulk capacitor of the module 103 in a charged state. The auxiliary power module 118 allows power to be supplied to a PWM (Pulse Width Modulation) control circuit 116 that is responsible for the switching operation. This module also manages a PFM mode that reduces power consumption at low and no load. The rectified and filtered mains voltage available at the primary capacitance module 103 is also provided to the primary side of the transformer of the transformer module 104 according to the enable state of the power switch module 117. The transformer of the transformer module 104 delivers the secondary voltage to the terminal of the secondary winding according to a plurality of switching operation modes induced by the switching operation control module 116 and the power switch module 117. The secondary voltage is rectified and filtered by the rectification module 105 and the filter module 106, respectively. The voltage thus rectified is provided to a load current measurement module 107 whose output voltage is made available at the two-point power cord connector 108. One end of the power cord 4 is connected to the power cord connector 108, and the other end of the power cord 4 is connected to the power supply apparatus 2. A feedback loop necessary for servo control of the delivered voltage is constituted by a feedback module 113, a current reference module 109, an error amplifier 114, and an optical coupler 115. The reference module 109 corresponds to a set point of the servo system. The error amplification module 114 delivers to the input of the optical coupler module 115 a signal proportional to the error obtained from comparing the voltage delivered by the module 113 with the voltage delivered by the module 109. The optical coupler module 115 ensures the necessary electrical isolation (isolation) between the primary side portion and the secondary side portion of the power supply. The output of the optical coupler is connected to the PWM control circuit 116, and the PWM control circuit 116 controls the switching operation via the power switch module 117. The optical coupler 115 thus allows transmission of servo information to the control circuit 116 while ensuring electrical isolation.

これら機能モジュールの組は、当業者に周知のスイッチモード電源の標準アーキテクチャに対応する。   These sets of functional modules correspond to standard architectures for switch mode power supplies well known to those skilled in the art.

図２に示したスイッチモード電源モジュール１は、本発明の実施形態に従った、統合され且つ自律的な、負荷電流を測定して動作を制御する回路１０００を有している。   The switch mode power supply module 1 shown in FIG. 2 has an integrated and autonomous circuit 1000 that measures load current and controls operation according to an embodiment of the present invention.

モジュール１０００は、出力電流測定モジュール１０７と、電流基準モジュール１０９と、比較器モジュール１１０と、フィルタモジュール１１１と、デューティサイクル発生器モジュール１１２とを有する。   The module 1000 includes an output current measurement module 107, a current reference module 109, a comparator module 110, a filter module 111, and a duty cycle generator module 112.

電流の測定結果が、比較器１１０によって、電流基準１０９と比較される。この比較の結果は、高速な過渡信号がフィルタリングされることを可能にするアンチトランジェントフィルタ１１１によってフィルタリングされる。このフィルタリング処理の結果は、電源を停止させる（スイッチング動作を停止させる）ことを目的として光カプラの飽和を実行するモジュール１１２に伝達される。   The current measurement result is compared with the current reference 109 by the comparator 110. The result of this comparison is filtered by an anti-transient filter 111 that allows fast transient signals to be filtered. The result of this filtering process is transmitted to the module 112 that performs saturation of the optical coupler for the purpose of stopping the power supply (stopping the switching operation).

図３は、図４及び５の説明の前置きとして、負荷電流を測定してスイッチング動作をヒカップモードで制御する回路を有しないスイッチモード電源モジュールの二次側回路を示している。“ヒカップ”モードにおけるスイッチモード電源モジュール１の設定は、本発明の実施形態によれば、点３１２（電位＋Ｖｏｕｔ）と点３１４（電位０Ｖ）との間で利用可能な出力電圧＋Ｖｏｕｔを調整（レギュレート）するために使用されるシャントレギュレータ３０８を短絡させることによって実行される。レギュレータ３０８の端子間の回路短絡の効果は、光カプラ１１５の入力を完全に飽和させ且つＰＷＭ制御回路１１６のＰＷＭ制御ピンをグランドに落とすことであり、これは、スイッチング動作を中断して出力電圧＋Ｖｏｕｔを低下させることと等価である。   FIG. 3 shows a secondary circuit of a switch mode power supply module that does not have a circuit for measuring the load current and controlling the switching operation in the hiccup mode as a prelude to the description of FIGS. The setting of the switch mode power supply module 1 in the “hiccup” mode is performed by adjusting (regulating) the available output voltage + Vout between the point 312 (potential + Vout) and the point 314 (potential 0 V) according to the embodiment of the present invention. This is done by shorting the shunt regulator 308 used to rate. The effect of a short circuit between the terminals of the regulator 308 is to completely saturate the input of the optical coupler 115 and drop the PWM control pin of the PWM control circuit 116 to ground, which interrupts the switching operation and causes the output voltage It is equivalent to lowering + Vout.

図４は、本発明の一実施形態に従ったスイッチモード電源モジュール１に統合された測定・制御回路１０００の実装例の詳細を示している。   FIG. 4 shows details of an implementation example of the measurement and control circuit 1000 integrated in the switch mode power supply module 1 according to an embodiment of the present invention.

電流測定回路１０７は、抵抗性の部品又は低雑音高精度比較器の使用に頼ることなく、非常に低い負荷電流（Ｉｏｕｔ）の検出を可能にする。これは、特に高電力において、ジュール効果による損失を制限して電力消費を削減する目的を有する。電流測定回路１０７は、変圧器の二次側の巻線３０１上の接続と、低い値の抵抗３２１とを用いて、出力電流Ｉｏｕｔに正比例する平均電圧Ｖａｇ１を（部品３２２及び３２３の端子に）生成する。電圧Ｖａｇ１と出力電流Ｉｏｕｔとの比例性は、変圧器１０４の一次側（ひいては、変圧器１０４の磁気回路を介して二次側３０１）に伝送される電圧のデューティサイクルが、電源出力に存在する負荷に直接的に依存することから得られる。これは、スイッチモード電源の動作原理である。消費電流の像（イメージ）を得るため、整流回路（ダイオード３２０で構成）及び積分回路（部品３２１、３２２及び３２３で構成）が、二次側巻線３０１の端子で利用可能な電圧の平均を取る。   The current measurement circuit 107 allows detection of very low load current (Iout) without resorting to the use of resistive components or low noise precision comparators. This has the aim of reducing power consumption by limiting losses due to the Joule effect, especially at high power. The current measurement circuit 107 uses the connection on the secondary winding 301 of the transformer and a low value resistor 321 to generate an average voltage Vag1 (at the terminals of the components 322 and 323) that is directly proportional to the output current Iout. Generate. The proportionality between the voltage Vag1 and the output current Iout is that the duty cycle of the voltage transmitted to the primary side of the transformer 104 (and hence the secondary side 301 via the magnetic circuit of the transformer 104) exists in the power supply output. Obtained from direct dependence on load. This is the operating principle of the switch mode power supply. In order to obtain an image of current consumption, the rectifier circuit (consisting of the diode 320) and the integrating circuit (consisting of the components 321, 322, and 323) calculate the average voltage available at the terminal of the secondary winding 301. take.

そして、平均電圧Ｖａｇ１は基準電圧と比較され、出力電圧＋Ｖｏｕｔと平均電圧との間の差が所定の閾値に達したときにシャントレギュレータ３０８の端子での回路短絡が制御される。実施形態によれば、基準電圧は、トランジスタ３２６のベース−エミッタ接合によって供給される。   Then, the average voltage Vag1 is compared with the reference voltage, and when the difference between the output voltage + Vout and the average voltage reaches a predetermined threshold value, the short circuit at the terminal of the shunt regulator 308 is controlled. According to an embodiment, the reference voltage is provided by the base-emitter junction of transistor 326.

トランジスタ３２６は、そのベース−エミッタ電圧がベース電流が流れることが可能なものであるとき飽和状態になる。飽和したトランジスタ３２６は閉スイッチとして機能し、結果として、トランジスタ３２９の飽和を可能にする。飽和したトランジスタ３２９は、シャントレギュレータ３０８を短絡させ、それにより、光カプラの発光ダイオード（ＬＥＤ）３０５の完全な飽和がもたらされる。抵抗３２４及び３２５の値により、所定の電流閾値を定めることが可能にされる。本発明の実施形態によれば、電流は直接的には測定されず、その電圧像を介して測定される。   Transistor 326 is saturated when its base-emitter voltage is such that base current can flow. Saturated transistor 326 functions as a closed switch, and as a result, allows transistor 329 to be saturated. Saturated transistor 329 shorts shunt regulator 308, thereby providing full saturation of light-emitting diode (LED) 305 of the optocoupler. The value of resistors 324 and 325 allows a predetermined current threshold to be determined. According to an embodiment of the present invention, the current is not measured directly, but via its voltage image.

一変形例によれば、例えば電流測定用の抵抗を用いて、電流が直接的に測定されるが、このソリューションは、よりコストがかかるとともに、より多くの電力を消費する。   According to one variant, the current is measured directly, for example using a current measuring resistor, but this solution is more costly and consumes more power.

スイッチング動作が中断されるとき、スイッチモード電源モジュール１の出力電圧Ｖｏｕｔは徐々に低下する。バルクキャパシタ３０４に蓄えられた電力が、回路の様々な部品によって（主には、光カプラのダイオード３０５の飽和によって）徐々に消費されるからである。バルク貯蔵部３０４に蓄えられた電力が、光カプラのＬＥＤ３０５を飽和させるのにもはや十分でなくなると、スイッチング動作を制御するＰＷＭ制御回路がスイッチング動作を再開させ、電源が再び動作可能になる。バルクキャパシタ３０４の端子電圧＋Ｖｏｕｔが再び上昇し、電流を測定することにより必要に応じてスイッチング動作を再び中断させることが可能になる。この動作サイクルは、とりわけバルクキャパシタ３０４の値に依存した周波数で繰り返される。   When the switching operation is interrupted, the output voltage Vout of the switch mode power supply module 1 gradually decreases. This is because the electric power stored in the bulk capacitor 304 is gradually consumed by various parts of the circuit (mainly due to saturation of the diode 305 of the optical coupler). When the power stored in the bulk storage 304 is no longer sufficient to saturate the optocoupler LED 305, the PWM control circuit that controls the switching operation resumes the switching operation and the power supply becomes operational again. The terminal voltage + Vout of the bulk capacitor 304 rises again, and the switching operation can be interrupted again as necessary by measuring the current. This operating cycle is repeated at a frequency that depends inter alia on the value of the bulk capacitor 304.

ヒカップモードのデューティサイクルは、サイクル周期全体に対する、スイッチング動作がアクティブな期間の比を定義する。本発明の実施形態によれば、１／２４までの比を達成することが可能である。ヒカップ周期は１２秒より長くすることができる。無負荷が検出されたときの残留消費、又は非常に低い負荷での残留消費は、１／３以下となり得る。   The hiccup mode duty cycle defines the ratio of the period during which the switching operation is active to the entire cycle period. According to embodiments of the invention, ratios up to 1/24 can be achieved. The hiccup period can be longer than 12 seconds. The residual consumption when no load is detected, or the residual consumption at a very low load, can be 1/3 or less.

図４に示した回路は例えば、それ未満では電源がヒカップモードに移行してスイッチング動作が周期的あるいは循環的に中断且つ非アクティブ化されるように制御される閾値として、１０ｍＡ程度の閾値を定めることを可能にする。   In the circuit shown in FIG. 4, for example, a threshold value of about 10 mA is set as a threshold value that is controlled so that the power supply shifts to the hiccup mode and the switching operation is interrupted and deactivated periodically or cyclically. Makes it possible to define.

図４に示した回路は、２本の導電体を介して装置２に電力供給するように意図されたスイッチモード電源モジュール１におけるスイッチング動作の制御を、装置２からの制御信号又は制御メッセージに頼ることなく可能にする装置を記述している。方法での使用は、スイッチモード電源モジュール１内の装置１０００による負荷電流（電源出力にて装置２に届けられる電流）の測定と、測定された負荷電流の所定の負荷電流閾値との比較とを含む。この方法によれば、測定された負荷電流が第１の期間にわたって所定の負荷電流閾値より低い場合、スイッチモード電源モジュールのスイッチング動作の制御は、負荷電流の測定値が再び第２の期間にわたって所定の負荷電流閾値より高くなるまで、スイッチング動作の反復的（周期的）なアクティブ化及び非アクティブ化を発動させる。   The circuit shown in FIG. 4 relies on a control signal or control message from the device 2 to control the switching operation in the switch-mode power supply module 1 intended to power the device 2 via two conductors. It describes a device that makes it possible without it. Use in the method involves measuring the load current (current delivered to the device 2 at the power output) by the device 1000 in the switch mode power supply module 1 and comparing the measured load current to a predetermined load current threshold. Including. According to this method, when the measured load current is lower than a predetermined load current threshold over the first period, the switching operation of the switch mode power supply module is controlled so that the measured load current is again predetermined over the second period. It triggers repetitive (periodic) activation and deactivation of the switching operation until the load current threshold is exceeded.

上記の所定の閾値、並びに第１及び第２の期間は、とりわけ回路の電子部品の値を定めることによって、回路設計時に定められる。   The predetermined threshold and the first and second periods are determined at the time of circuit design, in particular by determining the values of the electronic components of the circuit.

本発明のこの実施形態によれば、第１の期間は、例えば、部品３０９及び３１０で構成されるＲＣフィルタ、又は部品３２１及び３２２で構成されるＲＣフィルタなどの、アンチトランジェントフィルタの少なくとも１つの時定数によって定められる。本発明の一実施形態によれば、第２の期間は、例えば図４の二次側キャパシタ３０４などの電源のフィルタ回路の時定数によって定められる。   According to this embodiment of the invention, the first period is at least one of an anti-transient filter, such as an RC filter comprised of components 309 and 310, or an RC filter comprised of components 321 and 322, for example. Determined by time constant. According to one embodiment of the present invention, the second period is determined by the time constant of the power supply filter circuit, such as the secondary capacitor 304 of FIG.

一変形例によれば、第２の期間は、例えば図４のバルクキャパシタ３０４などの、電源の二次側に固有のバルクキャパシタの時定数によって定められる。   According to a variant, the second period is defined by the time constant of a bulk capacitor specific to the secondary side of the power supply, such as the bulk capacitor 304 of FIG.

本発明の一実施形態によれば、負荷電流を測定することは、例えば電圧Ｖａｇ１など、スイッチモード電源モジュール１の二次側巻線の端子での平均整流電圧に比例する電圧を発生させることを用いる。   According to one embodiment of the present invention, measuring the load current comprises generating a voltage proportional to the average rectified voltage at the terminal of the secondary winding of the switch mode power supply module 1, such as the voltage Vag1, for example. Use.

図５は、図４に示した電流測定回路の一変形例を示している。これは、図４に示した回路と同じ原理に従って動作しながら、使用される部品の数を削減することを可能にする。   FIG. 5 shows a modification of the current measurement circuit shown in FIG. This makes it possible to reduce the number of parts used while operating according to the same principle as the circuit shown in FIG.

図６は、本発明の一実施形態に従った電源モジュールのスイッチング動作を制御する方法を示している。   FIG. 6 illustrates a method for controlling the switching operation of a power supply module according to an embodiment of the present invention.

ステップＳ１は、スイッチモード電源モジュールのスイッチをオンにした後の、安定モードにある開始状態に対応する。ステップＳ２は、スイッチモード電源モジュール１によって被電力供給装置２に届けられる負荷電流を測定することに対応する。この測定は、本発明の一実施形態によれば、図２に示したモジュール１０７によって行われる。   Step S1 corresponds to the start state in the stable mode after the switch of the switch mode power supply module is turned on. Step S2 corresponds to measuring the load current delivered to the power supplied device 2 by the switch mode power supply module 1. This measurement is performed by the module 107 shown in FIG. 2 according to one embodiment of the present invention.

ステップＳ３は、モジュール１０７によって測定された電流の電流基準との比較に対応する。電流基準は、本発明の一実施形態によれば、電流基準モジュール１０９によって届けられる。この比較は、図２に示した比較器モジュール１１０によって行われる。   Step S3 corresponds to a comparison of the current measured by module 107 with a current reference. The current reference is delivered by the current reference module 109 according to one embodiment of the present invention. This comparison is performed by the comparator module 110 shown in FIG.

ステップＳ４は、スイッチング動作を制御することに対応する。スイッチモード電源モジュール１によって被電力供給装置２に届けられる負荷電流Ｉｏｕｔの値が、所定の負荷電流閾値より小さいのか大きいのか従って、（とりわけ図２に示したモジュール１１１、１１２、１１５、１１６及び１１７によって）スイッチング動作の制御が異なるように行われる。これが意味することは、測定された負荷電流が所定の電流閾値より低いときに、電力を節減するためにスイッチング動作が周期的に中断されるということである。また、負荷電流が所定の負荷電流閾値より高いときには、スイッチング動作は連続的にされる。   Step S4 corresponds to controlling the switching operation. According to whether the value of the load current Iout delivered to the power-supplied device 2 by the switch mode power supply module 1 is smaller or larger than a predetermined load current threshold value (in particular, the modules 111, 112, 115, 116 and 117 shown in FIG. 2). The switching operation is controlled differently). This means that the switching operation is periodically interrupted to save power when the measured load current is below a predetermined current threshold. When the load current is higher than a predetermined load current threshold, the switching operation is continuously performed.

当然ながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明はまた、電源モジュール内に統合され、無負荷又は非常に低い負荷のみが存在する場合に電力消費を低減するようにスイッチング動作を制御する目的で、制御信号又はメッセージに頼ることなく自律的に動作可能な、全ての負荷電流測定回路に関する。   Of course, the present invention is not limited to the embodiments described above. The present invention is also integrated in the power supply module and is autonomous without relying on control signals or messages for the purpose of controlling the switching operation to reduce power consumption when there is only no load or very low load. The present invention relates to all load current measuring circuits that can be operated in the same manner.

１ スイッチモード電源モジュール
２ 被電力供給装置
３ 幹線コード
４ 電源コード
１００ 幹線コードコネクタ
１０１ 保護・フィルタモジュール
１０２ 幹線整流モジュール
１０３ 一次側キャパシタ
１０４ 変圧器モジュール
１０５ 整流モジュール
１０６ フィルタモジュール
１０７ 出力電流測定モジュール
１０８ 電源コードコネクタ
１０９ 電流基準モジュール
１１０ 比較器モジュール
１１１ アンチトランジェントフィルタモジュール
１１２ デューティサイクル発生器モジュール
１１３ フィードバックモジュール
１１４ 誤差増幅モジュール
１１５ 光カプラモジュール
１１６ ＰＷＭ制御モジュール
１１７ 電力スイッチモジュール
１１８ 補助電源モジュール
３０１ 変圧器二次側巻線
３０５ 光カプラＬＥＤ
３０８ シャントレギュレータ
１０００ 負荷電流を測定してスイッチング動作を制御する回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Switch mode power supply module 2 Power supply apparatus 3 Trunk cord 4 Power cord 100 Trunk cord connector 101 Protection / filter module 102 Trunk rectification module 103 Primary side capacitor 104 Transformer module 105 Rectification module 106 Filter module 107 Output current measurement module 108 Power source Code connector 109 Current reference module 110 Comparator module 111 Anti-transient filter module 112 Duty cycle generator module 113 Feedback module 114 Error amplification module 115 Optical coupler module 116 PWM control module 117 Power switch module 118 Auxiliary power supply module 301 Transformer secondary side Winding 305 Optocoupler LED
308 Shunt Regulator 1000 A circuit that controls the switching operation by measuring the load current

Claims (12)

スイッチモード電源モジュールにおけるスイッチング動作を制御する方法であって、前記スイッチモード電源モジュールは装置要素に電力を供給するよう意図され、当該方法は：
前記スイッチモード電源内の測定モジュールにより負荷電流を測定するステップと、
測定された負荷電流を、比較器モジュールにより、所定の負荷電流閾値と比較するステップと、
前記測定された負荷電流が第１の期間にわたって前記所定の負荷電流閾値より小さい場合に、前記負荷電流の測定値が第２の期間にわたって前記所定の負荷電流閾値より大きくなるまで、コントローラにより、前記スイッチモード電源モジュールの前記スイッチング動作を、前記スイッチング動作の反復的なアクティブ化及び非アクティブ化によって制御するステップと
を有する、方法。 A method for controlling a switching operation in a switch mode power supply module, wherein the switch mode power supply module is intended to supply power to a device element, the method comprising:
Measuring a load current with a measurement module in the switch mode power supply;
Comparing the measured load current with a comparator module to a predetermined load current threshold;
If the measured load current is less than the predetermined load current threshold over a first period, the controller causes the load current measurement to be greater than the predetermined load current threshold over a second period by the controller Controlling the switching operation of the switch mode power supply module by repetitive activation and deactivation of the switching operation. 前記スイッチモード電源モジュールは２つの導電体によって前記装置要素に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the switch mode power module is connected to the device element by two conductors. 前記第１の期間はアンチトランジェントフィルタの時定数によって定められる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the first period is determined by a time constant of an anti-transient filter. 前記第２の期間は前記電源のフィルタ回路の時定数によって定められる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the second period is determined by a time constant of a filter circuit of the power source. 前記第２の期間は前記電源の二次側に固有のバルクキャパシタの時定数によって定められる、ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の方法。   4. The method according to claim 1, wherein the second period is determined by a time constant of a bulk capacitor unique to the secondary side of the power source. 前記負荷電流を測定するステップは、前記スイッチモード電源モジュールの二次側巻線の端子における平均整流電圧に比例した電圧を生成することを有する、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の方法。   6. The step of measuring the load current comprises generating a voltage proportional to an average rectified voltage at a terminal of a secondary winding of the switch mode power supply module. The method described in 1. スイッチモード電源モジュールにおけるスイッチング動作を制御する装置であって、前記スイッチモード電源モジュールは装置要素に電力を供給するよう意図され、当該装置は：
負荷電流を測定する回路と、
測定された負荷電流を所定の負荷電流閾値と比較する回路と、
前記スイッチング動作を制御する回路であり、前記測定された負荷電流が第１の期間にわたって前記所定の負荷電流閾値より小さい場合に、前記スイッチング動作を周期的に中断し、前記測定された負荷電流が第２の期間にわたって前記所定の負荷電流閾値より大きい場合に、前記スイッチング動作を維持する、回路と
を有する、装置。 An apparatus for controlling a switching operation in a switch mode power supply module, wherein the switch mode power supply module is intended to supply power to a device element, the apparatus being:
A circuit for measuring the load current;
A circuit that compares the measured load current to a predetermined load current threshold;
A circuit for controlling the switching operation, the switching operation is periodically interrupted when the measured load current is smaller than the predetermined load current threshold over a first period, and the measured load current is A circuit that maintains the switching operation when greater than the predetermined load current threshold over a second period of time. 前記第１の期間はアンチトランジェントフィルタの時定数によって定められる、ことを特徴とする請求項７に記載の装置。   The apparatus according to claim 7, wherein the first period is determined by a time constant of an anti-transient filter. 前記第２の期間は前記電源のフィルタ回路の時定数によって定められる、ことを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。   9. The apparatus according to claim 7, wherein the second period is determined by a time constant of a filter circuit of the power source. 前記第２の期間は前記電源の二次側に固有のバルクキャパシタの時定数によって定められる、ことを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。   9. The device according to claim 7 or 8, wherein the second period is determined by a time constant of a bulk capacitor specific to the secondary side of the power source. 前記負荷電流を測定する回路は、前記スイッチモード電源モジュールの二次側巻線の端子における平均整流電圧に比例した電圧を生成する回路を有する、ことを特徴とする請求項７乃至１０の何れかに記載の装置。   The circuit for measuring the load current includes a circuit for generating a voltage proportional to an average rectified voltage at a terminal of a secondary winding of the switch mode power supply module. The device described in 1. 前記スイッチモード電源モジュールは２つの導電体によって前記装置要素に接続される、ことを特徴とする請求項７に記載の装置。   8. The device of claim 7, wherein the switch mode power supply module is connected to the device element by two conductors.
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